宾夕法尼亚州立大学的研究人员最近从以前未分类的高能宇宙辐射目录中找出了一百多颗"耀变体"的特征。与大多数同类星系相比，这些新发现的耀斑暗淡无光，这为科学家们提供了一个检验有关耀变体喷流的有争议理论的机会。这些新发现的知识有助于我们掌握黑洞膨胀，甚至影响到我们的广义相对论和高能粒子物理学理论。

这幅艺术家的构想图显示的是一个耀变体--一个由超大质量黑洞驱动的活跃星系的核心 图片来源：M. Weiss/CfA

《天体物理学杂志》（Astrophysical Journal）最近发表了一篇论文，介绍了这些耀变体和相关理论。

超大质量黑洞的质量可能是太阳质量的数百万或数十亿倍。在某些情况下，黑洞事件视界外的物质会被喷流推动，加速到接近光速并向整个宇宙发射。当喷流恰好直指地球时，这个系统通常被称为"耀变体"。

宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学研究生、论文第一作者斯蒂芬-柯比（Stephen Kerby）说："由于耀变体的喷流直接指向我们，我们可以在比其他黑洞系统更远的地方看到它们，就像手电筒在你直视它时显得最亮一样。我们对耀变体的研究令人兴奋，因为它们的特性可以让我们回答有关整个宇宙中超大质量黑洞的问题。在这项研究中，我们使用了相对较新的方法来描述106颗暗淡的类星体的特征，并检验了一种被称为'类星体序列'的有争议理论的预测。"

耀变体发出的光横跨整个电磁波谱，从低能量波长（如射电、红外和可见光）到高能量波长（如X射线和伽马射线）。当天文学家研究这些辐射的观测结果时，他们通常会看到两个宽广的峰值，一个是伽马射线，另一个是低能量波长。这些峰值的波长和强度因星而异，也随时间变化。根据"类星体序列"定义的类星体总体理论预测，亮度较高的类星体的低能量峰值平均比暗淡类星体的低能量峰值更红--能量更低，而暗淡类星体的低能量峰值则更蓝--能量更高。

宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学研究教授、高能天体物理学组组长Abe Falcone说："一些最令人兴奋的极端耀变体是通过探测它们的伽马射线发射发现的，但如果没有进一步的多波长观测，我们通常无法对这些天体进行分类或了解。我们目前使用的望远镜实际上很难探测到同样暗淡的低能量峰值--红色类星体并对其进行分类，而当这些类星体的峰值处于较高能量或较亮时，则更容易发现它们。因此，通过这项研究，我们最大限度地减少了选择偏差，并通过深入研究低能峰和高能峰耀变体的较低亮度来探索耀变体序列。"

研究人员与宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学副研究员Amanpreet Kaur一起，先前从费米大面积望远镜探测到的伽马射线源目录中确定了潜在的耀变体，其中许多耀变体尚未与可能来自同一源的低能量辐射配对。然后，研究人员为每一个类星体确定了X射线、紫外线和光学（由位于宾夕法尼亚州立大学的任务运行中心Neil Gehrels Swift天文台探测到）中的对应辐射，以及档案数据中的红外线和无线电辐射。通过交叉对比这些信息，研究人员最终确定了106颗新的、暗淡的类星体的光谱特征。

Kerby说："与费米数据相比，Swift望远镜的观测结果使我们能够更精确地确定这些耀变体的位置。将所有这些发射数据汇集在一起，结合两种新的技术方法，帮助我们确定了每个类星体的低能峰在电磁波谱中的位置，例如，这可以提供有关喷流磁场强度、带电粒子移动速度等信息。"

为了确定暗星的峰值出现在哪里，研究人员使用了机器学习和直接物理拟合方法，这两种方法各有利弊。机器学习方法过滤掉了实际上可能是噪音的辐射，例如星系中的尘埃或其他恒星发出的光。直接物理拟合方法不会过滤噪音，使用起来要困难得多，但它能提供更详细的耀变体喷流特性。Kerby说："对于这两种方法，我们的暗星样本的发射通常在蓝色高能量光中达到峰值，尽管拟合方法产生的极端值较少。这与耀变体序列一致，并扩展了我们对这种模式的了解。然而，仍然有上千个费米非相关源我们没有找到对应的X射线源，我们可以相当安全地假设，这些源中有许多也是在X射线中过于暗淡而我们无法探测到的类星体。我们可以利用我们在这里学到的有关这些耀变体光谱形状的知识，对那些仍然太暗而我们无法探测到的耀变体进行预测，这将进一步检验耀变体序列。"

新耀变体目录已经整理出来，可供其他天文学家详细研究。

Kerby说："一直努力扩大我们的数据集以覆盖越来越暗的星源是非常重要的，因为这可以使我们的理论更加完整，并且不容易因为意外的偏差而失败。我很期待未来能有新的望远镜探测到更暗的类星体"。

据研究人员称，研究超大质量黑洞也为理解宇宙中的物理理论提供了一种独特的方法。

超大质量黑洞及其周围环境是宇宙实验室，其能量远远超过我们在地球上的粒子加速器所能产生的能量。它们为我们提供了研究相对论、更好地理解粒子在高能量下的行为方式、研究到达地球的宇宙射线的潜在来源以及研究超大质量黑洞及其喷流的演化和形成的机会。